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(In Japanese)同位体制御による半導体物性のデザイン

Research report code R030000192
Posted date Feb 22, 2005
  • (In Japanese)伊藤 公平
  • (In Japanese)慶應義塾大学理工学部物理情報工学科
Research organization
  • (In Japanese)慶應義塾大学
Report name (In Japanese)同位体制御による半導体物性のデザイン
Technology summary (In Japanese)通常のシリコン(Si)結晶中には、28Si、29Si、30Si の3 種類の質量および核スピン数が異なる安定同位体が存在し、それぞれの組成比は92.2%(28Si)、4.7%(29Si)、3.1%(30Si)と常に一定である。ゲルマニウム(Ge)の場合も同様で、5 種類の安定同位体(70Ge, 2Ge, 73Ge, 74Ge, 76Ge)から構成される。すなわち、Si やGeなどの半導体結晶中には質量や核スピン数の異なる複数の安定同位体が無秩序に分布しているが、それらの乱れが基礎物性におよぼす影響に関して探求した例は非常に少ない。そこで、本研究では、同位体組成とその分布を、バルクおよび低次元構造中で制御し、新しい質量・核スピン秩序を有する相を創製することから、格子・光・スピン物性研究の新しい展開が可能であることを提案した。本研究の申請時における研究提案は以下の通りであった。(1) シリコンおよびゲルマニウムバルク同位体単結晶の成長(2) 同位体超格子の作製とラマン分光評価(3) シリコンバルク単結晶を用いた熱伝導研究(4) ゲルマニウムバルク単結晶を用いた金属-絶縁体転移研究(5) シリコン同位体超格子を用いた電気伝導に関する研究(6) ゲルマニウム同位体超格子を用いたコヒーレントフォノン研究

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Research field
  • Crystal structure of metals
  • Crystal growth of semiconductors
  • Isotope separation
Published papers related (In Japanese)(1) T.D. Ladd, J.R. Goldman, F. Yamaguchi, Y. Yamamoto. E. Abe and K.M. Itoh, “An All Silicon Quantum Computer,” Phys. Rev. Lett. 投稿中
(2) M. Nakajima, H. Harima, K. Morita, K.M. Itoh, K. Mizoguchi, E.E. Haller, “Coherent Confined LO Phonons in 70Ge∫74Ge Isotope Superlattice,” Phys. Rev. B63, 161 304(R) (2001).
(3) K.M. Itoh and E.E. Haller, “Isotopically Engineered Semiconductors-New Media for the Investigation of Nuclear Spin Related Effects in Solids,” Physica E, 10, 463-466 (2001).
(4) M. Watanabe, K.M. Itoh, Y. Ootuka, E.E. Haller, “Localization Length and Impurity Dielectric Susceptibility in the Critical Regime of the Metal-Insulator Transition in Homogeneously Doped P-Type Ge,” Phys. Rev. B, 62, R2255-R2258 (2000).
(5) K. Morita, K.M. Itoh, J. Muto, K. Mizoguchi, N. Usami, Y. Shiraki and E.E. Haller, “Growth and Characterization of 70Gen∫74Gen Isotope Superlattices,” Thin Solid Films, 369, 405-408 (2000).
(6) M. Nakajima, K. Mizoguchi, K. Morita, K.M. Itoh, H. Harima and S. Nakashima, “Comparison of Coherent and Incoherent LO Phonons In Isotopic 70Ge∫74Ge Superlattices,” J. Lumin., 87-89, 942-944 (2000).
(7) K.M. Itoh, “Variable Range Hopping Conduction in Neutron-Transmutation-Doped 70Ge:Ga,” Phys. Stat. Sol. (b), 218, 211-216 (2000).
(8) K. Takyu, K.M. Itoh, K. Oka, N. Saito and V.I. Ozhogin, “Growth and Characterization of the Isotopically Enriched 28Si Bulk Single Crystal,” Jpn. J. Appl. Phys. 38, L1493-L1495 (1999).
(9) K.M. Itoh, M. Watanabe, Y. Ootuka and E.E. Haller, “Scaling Analysis of the Low Temperature Conductivity in Neutron-Transmutation-Doped 70Ge:Ga,” Ann. Phys. (Leipzig), 8, 631-637 (1999).
(10) M. Watanabe, K.M. Itoh, Y. Ootuka and E.E. Haller, “Critical Exponent for Localization Length in Neutron-Transmutation-Doped 70Ge:Ga,” Ann. Phys. (Leipzig), 8, Spec. Issue. SI-3-SI-9, 273-276 (1999).
(11) M. Watanabe, K.M. Itoh, Y. Ootuka and E.E. Haller, “Metal-Insulator Transition of Isotopically Enriched Neutron-Transmutation-Doped 70Ge:Ga in Magnetic Fields,” Phys. Rev. B, 60, 15817-15823 (1999).
(12) M. Watanabe, K.M. Itoh, Y. Ootuka and E.E. Haller, “Metal-Insulator Transition of NTD 70Ge:Ge in Magnetic Field,” Physica B, 284-288, 1677-1678 (2000).
(13) 大槻東巳,伊藤公平,Keith Slevin,「アンダーソン転移の理論と実験の現状」,固体物理,Vo1.34, No.5, 301-308 (1999)
(14) 伊藤公平,渡部道生,大塚洋一,「Ge:Gaにおける金属-絶縁体転移」,日本物理学会誌,Vol.54, No.3, 205-208 (1999).
(15) 伊藤公平,「半導体同位体工学」,固体物理,Vol.33, No.12, 965-978 (1998).
Research project
  • Precursory Research for Embryonic Science and Technology.;Structure and Transformation
Information research report
  • (In Japanese)伊藤 公平. 同位体制御による半導体物性のデザイン. 「さきがけ研究21」研究報告会 「状態と変革」領域 第2期研究者 講演要旨集(研究期間:1998-2001),2001. p.7 - 8.